Nº18 2º semestre de 2016 ano 9 ISSN:

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1 Nº18 2º semestre de 2016 ano 9 ISSN: EUTRO À TERRA Revista Técnico-Científica Nº18 dezembro de Ao terminar mais um ano, honramos o nosso compromisso convosco e voltamos à vossa presença com a publicação da 18ª Edição da nossa revista Neutro à Terra. O ano que agora termina, sem deixar de ser ainda um ano difícil para a industria eletrotécnica, verificou-se que esta manteve apesar de tudo uma dinâmica muito apreciável, apresentando novas ideias, novos projetos, novas soluções e assumindo novos compromissos com diversas instituições. Também no âmbito da nossa revista, continuou a verificar-se um interesse crescente pelas nossas publicações, destacando-se a vontade de algumas empresas em colaborar connosco, mas também o crescimento que se tem verificado da procura e visualização da revista Neutro à Terra um pouco por todo o mundo, destacando-se neste caso os Estados Unidos. José Beleza Carvalho, Professor Doutor Máquinas e Produção, Transporte e Veículos Elétricos Distribuição Energia Instalações Elétricas Telecomunicações Segurança Gestão de Energia e Eficiência Energética Automação, Gestão Técnica e Domótica Instituto Superior de Engenharia do Porto Engenharia Electrotécnica Área de Máquinas e Instalações Eléctricas

2 Índice 03 Editorial EUTRO À TERRA 05 Eficiência Energética em Equipamentos de Força-Motriz José António Beleza Carvalho Instituto Superior de Engenharia do Porto 16 Conducting and Insulating Materials Manuel Bolotinha Engenheiro Eletrotécnico- Consultor 20 Proteção das Pessoas nos Esquemas de Ligação à Terra TN e IT José António Beleza Carvalho Instituto Superior de Engenharia do Porto 28 ITED 3 Evolução nas Regras Técnicas de Projeto e Instalação de Infraestruturas de Telecomunicações em Edifícios Nuno Cota Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 36 KNX- standard internacional para o controlo da habitação e edifícios Benilde Magalhães Tev 2-Distribuição de Material Eléctrico Lda 40 Avaliação dos primeiros 6 anos de uma microprodução fotovoltaica António Carvalho de Andrade Instituto Superior de Engenharia do Porto 46 Fundamentos da deteção automática de incêndios em edifícios. Parte 2. Antonio Augusto Araújo Gomes Instituto Superior de Engenharia do Porto 51 Autores FICHA TÉCNICA DIRETOR: José António Beleza Carvalho, Doutor SUBDIRETORES: António Augusto Araújo Gomes, Eng.º Roque Filipe Mesquita Brandão, Doutor Sérgio Filipe Carvalho Ramos, Doutor PROPRIEDADE: CONTATOS: Área de Máquinas e Instalações Elétricas Departamento de Engenharia Electrotécnica Instituto Superior de Engenharia do Porto jbc@isep.ipp.pt ; aag@isep.ipp.pt PUBLICAÇÃO SEMESTRAL: ISSN:

3 EDITORIAL Estimados leitores Ao terminar mais um ano, honramos o nosso compromisso convosco e voltamos à vossa presença com a publicação da 18ª Edição da nossa revista Neutro à Terra. O ano que agora termina, sem deixar de ser ainda um ano difícil para a industria eletrotécnica, verificou-se que esta manteve apesar de tudo uma dinâmica muito apreciável, apresentando novas ideias, novos projetos, novas soluções e assumindo novos compromissos com diversas instituições. Também no âmbito da nossa revista, continuou a verificar-se um interesse crescente pelas nossas publicações, destacando-se a vontade de algumas empresas em colaborar connosco, mas também o crescimento que se tem verificado da procura e visualização da revista Neutro à Terra um pouco por todo o mundo, destacando-se neste caso os Estados Unidos. Procurando que esta revista seja também uma referência no setor eletrotécnico em diversos países estrangeiros, de língua oficial portuguesa e não só, mantemos o compromisso de publicar um artigo de natureza mais científica em língua Inglesa. Nesta edição um interessante artigo sobre materiais condutores e materiais isolantes, Conducting and Insulating Materials, da autoria do Professor Manuel Bolotinha. Os motores elétricos são de longe as cargas mais importantes na industria e no sector terciário. A União Europeia, através do organismo EU MEPS(European Minimum Energy Performance Standard) definiu um novo regime obrigatório para os níveis mínimos de eficiência dos motores elétricos que sejam introduzidos no mercado europeu. O novo regime abrange motores de indução trifásica até 375 kw, de velocidade simples. Entrou em vigor em três fases a partir de meados de Nesta publicação, apresenta-se um artigo sobre Eficiência Energética em Equipamentos de Força-Motriz que aborda a nova classificação relacionada com as classes de eficiência, assim como algumas metodologias que se podem adotar para uma utilização mais eficiente dos equipamentos de força motriz. O correto dimensionamento dos dispositivos de proteção das pessoas contra contactos indiretos em instalações elétricas de Baixa Tensão (BT), é uma das condições fundamentais para que uma instalação possa ser utilizada e explorada com conforto e em perfeitas condições de segurança. De acordo com a normalização em vigor, é, também, uma das condições essenciais para a certificação ou licenciamento das instalações elétricas por parte das entidades ou organismos responsáveis, a quem estão atribuídas estas competências. Nesta publicação da revista Neutro à Terra apresenta-se um interessante artigo científico sobre a proteção de pessoas contra contactos indiretos nos Esquemas de Ligação à Terra em TN e IT. As Infraestruturas de Telecomunicações em Edifícios são sempre um assunto importante e alvo de várias publicações na nossa revista. NestaediçãoapresentamosumartigosobreaevoluçãodasRegrasTécnicasdeProjetoeInstalaçãonoâmbitodoITED3,daautoriado Engº Nuno Cota. Na conceção de qualquer edifico, os termos conforto e poupança energética assumem uma relevância crescente. Para além dos aspetos puramente arquitetónicos, a introdução de elementos tecnológicos como é o caso da domótica ou imótica, contribuem simultaneamente para controlar as despesas energéticas e proporcionar maior conforto aos utilizadores. Nesta edição da revista, apresenta-se um artigo técnico que efetua análise global da distribuição dos consumos energéticos em edifícios de habitação em termos de energia final, revelando que 50% dos consumos incidem nos sectores que agregam a iluminação, eletrodomésticos, aquecimento e arrefecimento. Nesta edição da revista destacam-se ainda a publicação de outros interessantes artigos, como Avaliação Técnica e Económica dos primeiros 6 anos de uma instalação residencial de Microprodução Fotovoltaica, e a publicação da 2ª parte do artigo técnico sobre Fundamentos da Deteção Automática de incêndios em Edifícios. Estando certo que esta edição da revista Neutro à Terra apresenta artigos de elevado interesse para todos os profissionais do setor eletrotécnico, satisfazendo assim as expectativas dos nossos leitores, apresento os meus cordiais cumprimentos e desejo a todos um BomAnode2017. Porto, 26 dezembro de 2016 José António Beleza Carvalho 3

4 Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto: Downloads entre janeiro e novembro de 2016 Blog: Visualização de páginas 4

5 ARTIGO TÉCNICO António Carvalho de Andrade Instituto Superior de Engenharia do Porto AVALIAÇÃO DOS PRIMEIROS 6 ANOS DE UMA. MICROPRODUÇÃO FOTOVOLTAICA 1. Introdução As energias fósseis foram um fator vital para a industrialização até à atualidade. Mas a sua utilização não é neutra do ponto de vista ambiental, pois são libertados gases de efeito de estufa (GEE), que estão a alterar o equilíbrio da nossa atmosfera que existia no período pré-industrial. Neste sentido foi publicado o Decreto-Lei n.º 363/2007, abrindo a possibilidade da instalação de microprodução por particulares, que é o caso descrito neste artigo, pois a microprodução fotovoltaica está localizada na residência do autor. 2. Projeto Apoiado em estudos científicos cada vez mais credibilizados pela comunidade científica, o poder político está a ficar cada vez mais consciente das suas consequências climáticas, e por isso empenhado em mudar a matriz energética com vista à sua progressiva redução, substituindo-as por energias renováveis. Por outro lado, o custo unitário de produção de energia elétrica a partir da energia solar e eólica, devido à progressiva evolução tecnológica que se está a verificar na sua conversão, está continuamente a baixar, concorrendo já em mercado em igualdade de circunstâncias com as energias fosseis, permitindo dessa forma a anulação de subsídios que foram inicialmente necessários para que fosse viável economicamente a sua exploração. Portugal não é exceção, e para cumprir compromissos internacionais de redução de produção de GEE, tem incrementado a exploração de energias renováveis endógenas, como a energia eólica, solar e biomassa, baixando a utilização e dependência das energias fósseis, que na sua totalidade são importadas Estudo da viabilidade económica O estudo de viabilidade económica foi realizado com base em três orçamentos solicitados a três empresas diferentes, para o fornecimento de uma unidade de microprodução fotovoltaica (FV), em igualdade de exigência de trabalhos a realizar. Um dos aspetos fundamentais solicitados foi o fornecimento de histórico de produção de outras unidades idênticas já instaladas pelas empresas, no sentido de aferir de uma forma real da sua viabilidade económica, pois após a publicação do Decreto-Lei n.º 363/2007, já tinham sido pedidos orçamentos, e a não existência de dados reais impediram o investimento por a sua viabilidade económica não estar assegurada. Os resultados deste estudo são apresentados na Tabela 2.1. Como sepodever na Tabela 2.1,a proposta 3foiaescolhida por ter os melhores indicadores económicos. O investimento foi realizado recorrendo a capitais próprios. Tabela 2.1 Características das unidades FV, orçamentos e indicadores económicos Proposta Paineis Produção (kwh) Investimento Euros / Potência (Wp) Simulação Marca Refer. Quant. Real Valor Menos IRS Payback VAL TIR Wp Unitária Total SunnyDesign Proposta 1 Martifer A e 9 meses ,48% 4,440 Martifer A e 5 meses ,09% 4,548 Proposta 2 Suntech STP180S A e 11 meses ,69% 4,870 Proposta 3 Eurico Ferreira TITAN S A e 6 meses ,78% 4,352 40

6 ARTIGO TÉCNICO 2.2. Localização e entrada em serviço A unidade de microprodução FV está localizada em Santo Tirso, no telhado da residência do autor (Figura 2.1), e entrouaoserviçoàs15:15horasdodia25dejunhode2010. O inversor (Equinox da Salicru) foi colocado no interior da garagem localizada no piso inferior, ficando desta forma protegido do mau tempo e das variações da temperatura que ocorrem durante o ano. O contador encontra-se no muro exterior da casa junto ao contador da casa. 3. AVALIAÇÃO DOS PRIMEIROS 6 ANOS 3.1. Análise da produção de energia elétrica no 1º ano O registo diário da produção de energia elétrica através da leitura do contador no 1º ano permitiu a sua caracterização. No período de ausência de registo diário(férias) foi registado o valor médio no mesmo período. Na Figura 3.1 são apresentados os valores de produção mínima emáximapormês,referentesao1ºano. Figura 2.1 Microprodução FV instalada no telhado da residência do autor Os painéis estão fixados a uma estrutura metálica presa ao telhado da casa. OmêscommenorvariaçãodeproduçãofoiomêsdeAgosto de 2010, com a produção máxima diária de 28 kwh e a mínima de 20 kwh. No outro extremo, estão as produções domêsdejaneirode2011comumaproduçãomáximade17 kwheumamínimade1kwh. Figura 3.1 Valores máximos e mínimos diários no 1º ano de produção 41

7 ARTIGO TÉCNICO Na Figura 3.2 são apresentadas as produções diárias por mês, onde se pode verificar que as grandes variações de produção correspondem aos meses de inverso, refletindo claramente os períodos de maior variação da radiação solar. É também de salientar que em todos os dias do ano houve produção, mesmo em dias de muita fraca radiação. Tabela 4. Resistividade dos terrenos de acordo com a sua natureza Figura 3.2 Produção diária da microprodução FV por mês no primeiro ano (kwh) 42

8 ARTIGO TÉCNICO 3.2. Análise da produção de energia elétrica até Dezembro de 2016 Tabela 3.2 Variação das produções mensais face ao mês do ano anterior (até Dezembro de 2016) A partir das faturas enviadas mensalmente pela EDP Universal, cujo fecho é ao dia 13 de cada mês, foi possível registar as produções mensais até ao presente mês de Dezembro de 2016, e que são apresentadas na Tabela 3.1. Tabela 3.1 Produções mensais até Dezembro de 2016 Produção (kwh) Mês jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Na Tabela 3.2, apresentam-se as variações mensais calculadas a partir dos valores mensais das faturas (ver Tabela 3.1). Estas variações refletem as variações da radiação solar ao longo do ano sendo mais expressivas no inverno. No mês de Janeiro é onde se verifica as maiores variações, havendo em 2015 um crescimento de 102,6 % face ao ano anterior, e em 2016 um decréscimo de 50,9 % face à produção verificada em Por outro lado, nos meses de verãoéqueseverificaamenorvariação,havendonosmeses de Julho e Agosto aumentos/decréscimos abaixo dos 10%. Variações da produção face ao mês do ano anterior (%) Mês jan 49,1% -38,2% -22,1% 102,6% -50,9% fev 7,7% -44,7% -29,1% 71,6% -25,7% mar 46,2% -38,4% 6,2% -2,8% 17,2% abr -0,2% -28,5% 20,1% 18,7% -15,6% mai -27,1% 49,5% -10,5% -24,7% 7,2% jun -14,7% 4,8% 1,8% 9,9% -9,3% jul 47,7% -1,1% 9,9% -8,8% 5,2% 3,7% ago -5,0% 1,7% -7,1% -10,0% 4,8% 9,9% set -10,1% 10,3% 8,0% -10,2% -14,6% 23,2% out 19,0% -18,4% 3,0% -16,7% 22,8% 4,0% nov -17,4% -0,3% -20,9% 13,4% 15,0% -10,0% dez 11,2% 1,3% 45,7% -32,3% 17,8% -9,1% Tabela 3.3 Produções anuais (até Junho de 2016) Ano Produção (kwh) 1ª º ,91% 3º ,18% 4º ,50% 5º ,39% 6º ,43% Como se pode ver na mesma Tabela 3.3, no primeiro ano a produção foi de kwh, valor acima do verificado no primeiro ano numa outra unidade FV (5 810 kwh) instalada pela mesma empresa (ver Tabela 2.1). Sendo também um valor acima da produção encontrada na simulação efetuada com o software SunnyDesign da SMA (6040kWh). Na Tabela 3.3 são apresentadas as produções anuais registadas a partir das leituras efetuadas nos dias 25 de Junho de cada ano, obtendo-se assim as produções anuais. Este resultado surpreendente é justificado pela boa dissipação de calor dos painéis, devido à localização da casa proporcionar uma brisa natural e da distância ao telhado proporcionar uma boa ventilação. 43

9 ARTIGO TÉCNICO A variação da produção anual oscila refletindo a variação da radiação solar anual e a redução progressiva da produção dos painéis. O fabricante dos painéis garante uma produção de 90% ao fim de 12 anos, mas teríamos que ter uma radiação solar anual constante para que fosse possível a sua avaliação rigorosa. Calculando a reta de tendência da curva de produções anuais através da sua a regressão linear, verifica-se que esta é coincidente com a redução anual à taxa de 2% (ver Figura 3.3). Por essa razão, podemos concluir que a redução da produção está a ser mais elevada do que previsto pelo fabricante Avarias verificadas nos primeiros 6 anos Variação da produção Prod (kwh) Dim (1%) Dim (2%) Linear (Prod(kWh)) Até ao momento, a microprodução FV não registou nenhuma avaria, havendo só a registar uma único desarme da proteção devido a uma descarga atmosférica. Figura 3.3 Variação da produção anual da microprodução FV nos primeiros 6 anos Tabela 3.4 Evolução económica (até Dezembro de 2016) O inversor, o equipamento mais sensível e mais sujeito a avarias, ao ter ficado instalado no interior da garagem, contribuiu decididamente para uma boa fiabilidade registado até ao momento Análise da evolução económica nos primeiros 6 anos A aplicação do Decreto-Lei n.º 363/2007 permitiu a tarifa bonificada de 0,5573 /kwh no ano zero(2010) enos5anosseguintes. Esgotado o primeiro período, em janeiro de 2016 a tarifa foi reduzida para 0,2861 /kwh. Ano O retorno total do capital (Payback) ocorreu no mês de Abril de 2016, 6 anos e 8 meses após a entrada em serviço e 10 meses antes do previsto no estudo económico (ver Tabela 2.1). Para este bom desempenho económico muito contribuiu a produção acima do esperado. Produção (kwh) Anual Receita Liquida Acumulada , ,91 9,10% , ,74 27,69% , ,30 46,40% , ,19 63,95% , ,92 80,11% , ,97 97,75% , ,33 106,69% Na Tabela 3.4 é apresentada a evolução económica atéaomêsdedezembrode2016. Como se pode ver na Tabela 3.4, no mês de Dezembro de 2016 o capital já atingiu uma remuneração bruta de 6,7%, que corresponde aumaremuneraçãoanualdecercade1%. 44

10 ARTIGO TÉCNICO 4. Conclusões A análise realizada às produções diárias (1º ano de serviço), mensais e anuais permitem concluir que estas estão muito dependentes dos níveis da radiação solar, que são mais constantes nos meses de verão e muito variáveis no inverso, seguindo naturalmente a variação das condições atmosféricas. instalado pelo mesmo fabricante, indiciando uma boa ventilação dos painéis, que permite baixar a temperatura dos painéis e aumentar a produção. A microprodução FV não registou nenhuma avaria até ao momento, tendo por isso uma fiabilidade de 100%, havendo só a registar uma único desarme da proteção devido a uma descarga atmosférica. A produção está acima do previsto na simulação efetuada, assim como a registada noutra instalação equivalente O investimento efetuado com capitais próprios foi crucial para o bom desempenho económico. Notas soltas: (Decreto-Lei n.º 118/2013, de 20 de agosto) Energia primária: a energia proveniente de fontes renováveis ou não renováveis não transformada ou convertida. Energias renováveis: a energia de fontes não fósseis renováveis, designadamente eólica, solar, aerotérmica, geotérmica, hidrotérmica e oceânica, hídrica, de biomassa e de biogás. Sistema passivo: o sistema construtivo concebido especificamente para reduzir as necessidades energéticas dos edifícios, sem comprometer o conforto térmico dos ocupantes, através do aumento dos ganhos solares, designadamente ganhos solares diretos, paredes de trombe ou estufas, na estação de aquecimento ou através do aumento das perdas térmicas, designadamente ventilação, arrefecimento evaporativo, radiativo ou pelo solo, na estação de arrefecimento. Sistema técnico: o conjunto dos equipamentos associados ao processo de climatização, incluindo o aquecimento, arrefecimento e ventilação natural, mecânica ou híbrida, a preparação de águas quentes sanitárias e a produção de energia renovável, bem como, nos edifícios de comércio e serviços, os sistemas de iluminação e de gestão de energia, os elevadores e as escadas rolantes. Plano de racionalização energética (PRE): o conjunto de medidas exequíveis e economicamente viáveis de racionalização do consumo ou dos custos com a energia, tendo em conta uma avaliação energética prévia. Sistema de climatização: o conjunto de equipamentos coerentemente combinados com vista a satisfazer objetivos da climatização, designadamente, ventilação, aquecimento, arrefecimento, humidificação, desumidificação e filtragem doar. Sistema de climatização centralizado: o sistema de climatização em que os equipamentos de produção térmica se concentrem numa instalação e num local distintos dos espaços a climatizar, sendo o frio, calor ou humidade transportados por um fluido térmico. Potência térmica: a potência térmica máxima que um equipamento pode fornecer para efeitos de aquecimento ou arrefecimento do ambiente, em condições de ensaio normalizadas. Sistema solar térmico: o sistema composto por um coletor capaz de captar a radiação solar e transferir a energia a um fluido interligado a um sistema de acumulação, permitindo a elevação da temperatura da água neste armazenada. 45

11 COLABORARAM NESTA EDIÇÃO: António Augusto Araújo Gomes Mestre (pré-bolonha) em Engenharia Eletrotécnica e Computadores, pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Professor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde Coordenador de Obras na CERBERUS- Engenharia de Segurança, entre 1997 e Prestação, para diversas empresas, de serviços de projeto de instalações elétricas, telecomunicações e segurança, formação, assessoria e consultadoria técnica. António Carvalho de Andrade ata@isep.ipp.pt Licenciatura. Mestrado e Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Colaborador da EDP Energias de Portugal(22 anos) Professor ajunto do departamento de Engenharia Eletrotécnica do Instituto Superior de Engenharia do porto Benilde Magalhães José António Beleza Carvalho jbc@isep.ipp.pt Nasceu no Porto em Obteve o grau de B.Sc em engenharia eletrotécnica no Instituto Superior de Engenharia do Porto, em 1986, e o grau de M.Sc e Ph.D. em engenharia eletrotécnica na especialidade de sistemas de energia na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, em 1993 e 1999, respetivamente. Atualmente, é Professor Coordenador no Departamento de Engenharia Eletrotécnica do Instituto Superior de Engenharia do Porto, desempenhando as funções de Diretor do Departamento. Manuel Bolotinha manuelbolotinha@gmail.com Licenciou-se em 1974 em Engenharia Eletrotécnica no Instituto Superior Técnico, onde foi Professor Assistente. Tem desenvolvido a sua atividade profissional nas áreas do projeto, fiscalização de obras e gestão de contratos de empreitadas de instalações elétricas, não só em Portugal, mas também em África, na Ásia e na América do Sul. Membro Sénior da Ordem dos Engenheiros e Membro da Cigré, é também Formador Profissional, credenciado pelo IEFP, conduzindo cursos de formação, de cujos manuais é autor, em Portugal, África e Médio Oriente. Nuno António Fraga Juliano Cota Professor Adjunto do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa(ISEL) na área de telecomunicações. Detentor do Título de Especialista em Engenharia de Telecomunicações pelo Instituto Politécnico de Lisboa. Mestre em Engenharia Eletrotécnica e Computadores pelo Instituto Superior Técnico. Presidente do Colégio de Eletrónica e Telecomunicações da Ordem dos Engenheiros Técnicos. Consultor Externo da ANACOM para a elaboração das regras técnicas ITED3 e ITUR2. 51

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